淺談10kV柱上永磁真空斷路器中的關鍵技術

摘 要：文章首先對10kV永磁柱上真空斷路器在配電網(wǎng)中的發(fā)展現(xiàn)狀進行回顧，并逐一分析了在電網(wǎng)中柱使用的多項優(yōu)點。其次，分別從10kV永磁柱上真空斷路器中的幾項關鍵性技術：永磁操動機構，真空滅弧裝置，基于DSP的智能控制器，論述了其技術原理和其使用情況，并詳細闡述了柱上斷路器作為新時期電網(wǎng)斷路設備的優(yōu)勢及發(fā)展前景，另外文章還詳細介紹了DSP微處理器的工作原理及適用條件。最后，文章通過和現(xiàn)有技術的對比，對10kV柱上永磁真空短路器的技術進行了總結和展望。

關鍵詞：柱上斷路器；永磁操動；智能控制

1 概述

隨著我國各區(qū)域經(jīng)濟的高速發(fā)展，在用戶用電量持續(xù)不斷增加的同時，也提出了電網(wǎng)可靠性和供電質量方面更高的要求；配電網(wǎng)中柱上斷路器在聯(lián)絡、分段和支線中的廣泛應用，為提高供電可靠性做出了巨大貢獻。目前的10kV中壓配電網(wǎng)絡中，柱上斷路器已逐漸取代隔離開關，并在轉型成為智能電網(wǎng)的過程中發(fā)揮著積極的作用。與傳統(tǒng)的隔離開關相比，柱上斷路器可以在有載情況下進行操作，觸頭一般在高真空環(huán)境中，或者在絕緣介質內，具有滅弧功能。同時，其還具有保護功能，在系統(tǒng)發(fā)生故障時允許設備進行分離動作。而隔離開關一般是無載操作，具有明顯的斷開電路的可見點，斷開電路的部分一般沒有絕緣介質，也沒有高真空的環(huán)境，一般都是在普通的大氣狀態(tài)下，其體積也更大，同一電壓等級和電流的設備都要占用更大的區(qū)域。使用柱上斷路器能夠擴大故障時的停電范圍，能夠使其在故障點直接進行帶負荷斷電操作，完成更加精準的停電工作。由于其獨特的優(yōu)勢，目前柱上斷路器在中壓領域內歐美等發(fā)達國家使用比率已高達60%。目前市南電力集團閔行分公司采用了FZW32E-12型智能戶外真空斷路器，該產(chǎn)品采用全新設計的永磁操動機構，開斷性能可靠，滿足公司配電網(wǎng)改造要求。

2 10kV永磁柱上真空斷路器系統(tǒng)原理

柱上斷路器的分類有很多種，這里選取了目前較為流行的中壓10kV戶外永磁斷路器作為文章的主要研究對象。10kV柱上永磁斷路器結構如圖1所示，其主要有以下幾部分所組成：隔離開關、真空滅弧室、控制箱、永磁操動機構、互感器等。

隔離開關（俗稱閘刀）在真空斷路器中起著指示和保護的雙重作用，其作用是給操作人員制造一個可見的間斷點。真空滅弧室是斷路器的最重要的組成部分之一，起到滅弧的作用，是柱上斷路器的重要組成部分?；ジ衅髦傅氖亲儔浩骰ジ衅骱碗娏骰ジ衅?，而永磁機構所組成的保護機構是各部件中必不可少的組成部分，是斷路器的關鍵部件，負責將電磁能轉化為動能，負責執(zhí)行整個斷路器輸控信號，信號源的斷路器控制箱與柱上斷路器主體形成操動運作的結構。斷路器和控制器通常使用多芯通信電纜連接輔助開關，在指示部分沒有機械結構和電氣控制線路，能夠起到安全和短路斷指示作用。

3 10kV永磁真空斷路器中的幾項關鍵技術

3.1 真空滅弧室

柱上斷路器中包含真空滅弧室，真空滅弧室是通過真空管進行工作的，使用一對觸點來實現(xiàn)線路的接通與斷開同時周圍也有較好的絕緣環(huán)境。它的工作原理如下：當滅弧室觸頭發(fā)生動作時，此刻分離的靜態(tài)和動態(tài)接觸電流大幅聚焦到點的接觸，此刻觸頭的在電極之間形成巨大的電阻。觸電間的溫度急速上升，電極上的金屬被蒸發(fā)。在擊穿電場之間形成接觸間隙，并形成真空電弧。隨著電極間的間隙越來越大，間隙之間最終變成了絕緣環(huán)境。這樣就在同時完成了觸點的分離。

3.2 永磁操動機構

操動結構的關鍵部件是真空斷路器，也是真空斷路器的發(fā)展的關鍵點之一。早期的真空斷路器，配有電磁操動機構，結構簡單、部件數(shù)量相對較小，相對較為可靠，低制造成本也比較低，但由于使用需要配備電池作為直流電源設備、日常維護成本和投資較高，已被逐漸淘汰。在20世界90年代初，電動彈簧操動機構得到了國外廣泛認可，因為其不需要很多電池供電，使用也比電磁操動機構更靈活。電動彈簧操動機構結構復雜，并依賴于連桿、鎖定蓄能彈簧來實現(xiàn)操作的功能，而且環(huán)節(jié)多，結構分散，導致其控制不良。電動彈簧機構、需要加工精度高、制造工藝復雜，生產(chǎn)成本高，很難達到所需的級別要求。

3.3 基于DSP芯片的智能控制器

數(shù)字信號處理：

數(shù)字信號處理是一種真實的信號（稱為連續(xù)信號的技術術語）轉換成計算機可以在過程中處理的信息。這些信號通過模擬-數(shù)字轉換的過程（簡稱AD），轉換為數(shù)字信號到計算機上的，使計算機能夠成功識別。完成處理后，再將結果返回（稱為DA）的模擬信號的信號轉型的過程。使用通用微處理器可以在一般的使用條件下，完成這項工作，但它所面臨的問題是，如果要達到非常高的速度、通用的微處理器一般很難保證。

DSP微處理器具有很高的處理速度。因為使用條件決定了這些處理器都必須有很高的即時性。如通過電話呼叫，如果處理速度將不得不等待對方完成，和另一方主動發(fā)起呼叫。如果兩個同時調用，那么數(shù)字信號處理速度會出現(xiàn)不足，只能關閉信號連接。

4 結束語

通過以上的研究，我們可以發(fā)現(xiàn)，柱上斷路器包含了機械設計、高級語言編程、計算機測控、材料科學等多項先進技術，隨著這些領域的科學技術水平的不斷發(fā)展和提高，柱上斷路器研究正向著橫向和縱向不斷地發(fā)展。目前又出現(xiàn)了如非均勻縱向磁場滅弧室技術、雙穩(wěn)態(tài)永磁操動機構等最新技術，其突出的優(yōu)勢和更加穩(wěn)定的運行可靠性越來越明顯，越來越受到電力部門和廣大用戶的認可，發(fā)展前景十分廣闊。相信在我們的共同努力下，越來越多先進設備將會投入到智能電網(wǎng)建設當中去，我國的電力建設事業(yè)也一定會有一個美好的明天！

參考文獻

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作者簡介：吳嘉軼（1987，1-），男，漢族，上海市，本科，電氣工程及其自動化專業(yè)，線纜班施工員。